Rubinfabrik in Fundão: Companhia Industrial de Materiais Duros
CIMD - Companhia Industrial de Materiais Duros
Kirschen sind nicht das einzige rote Erzeugnis von Fundão: In diesem Ort werden auch Rubine für mehr als 1.200 Uhrenkaliber hergestellt. Im Herzen von Fundão entdeckten wir eine Fabrik, die sich der Herstellung dieser Uhrenrubine widmet: die CIMD, Companhia Industrial de Materiais Duros. Die 1990 aus dem Ausbau einer Produktionseinheit des Unternehmens CHEVAL FRÈRES hervorgegangene CIMD hat sich als Weltmarktführer in der Herstellung von Uhrensteinen und technischen Bauteilen aus harten Werkstoffen etabliert. Die Uhr, die Sie gerade am Handgelenk tragen, könnte durchaus Rubine aus Fundão enthalten.
Bei unserem Besuch in der CIMD wurden wir von ihrem Geschäftsführer, der dieses Amt seit mehr als 30 Jahren innehat, Carlos Morgadinho, und von Marina Nascimento, Leiterin der Verwaltung, sehr herzlich empfangen. Wir hatten das Privileg, die Fabrik und alle ihre Werkstätten kennenzulernen. Außerdem trafen wir auf ein Team, das jederzeit bereit war, alle Fragen zu beantworten, und auf Anlagen, in denen das traditionellste, handwerkliche Wissen und Können Seite an Seite mit modernen CNC- und Lasermaschinen lebt.
Die Geschichte der CIMD begann 1990, als CHEVAL FRÈRES seine Produktionseinheit für Uhrensteine in Portugal einrichtete. Ursprünglich auf monokristallinen Rubin spezialisiert, weitete die CIMD ihre Tätigkeit rasch auf andere ultraharte Werkstoffe wie Keramik, Saphir und polykristallinen Rubin aus. Heute verfügt das Unternehmen über eine vollständig integrierte Werkstatt und anerkannte technische Fachleute. Derzeit blickt es auf 34 Jahre Tätigkeit zurück und beschäftigt 140 Mitarbeiter.
Was die CIMD herstellt
Die Produktion umfasst derzeit Lochsteine mit flachen oder gewölbten Flächen und geradem oder oliviertem Loch; ausgehöhlte Lochsteine mit flacher Fläche und geradem Loch; sowie Decksteine mit flacher oder gewölbter Fläche ohne Loch. Außerdem können Böden, Ringe und Cabochons gefertigt werden (die kleinen Steine in den Kronen mancher Cartier-Uhren zum Beispiel).
Viele der 140 Beschäftigten sind Fachkräfte und übernehmen Arbeiten wie Zerspanung, Bohren, Drehen und Feinpolieren. Einige der anspruchsvollsten Arbeiten werden in der Abteilung für Bemaßung und Kalibrierung ausgeführt.
Die CIMD in Fundão ist heute eine weltweite Referenz in der Herstellung synthetischer Rubine.
Wie die Rubine in der CIMD hergestellt werden
Obwohl das Aluminiumoxid selbst derzeit nicht in Portugal hergestellt wird, findet der gesamte Prozess der Bearbeitung, Veredelung und Prüfung der Rubine in Fundão statt.
Hier einige Aspekte der Verwandlung von Tonerde-„Birnen“ in Uhrenrubine
Rohmaterial
Al₂O₃, Aluminiumoxid, auch Tonerde genannt, kommt in Form einer Birne oder eines roten Steins an und wird bis auf ein Maß, das dem Endmaß sehr nahe kommt, zugeschnitten, sodass es die Form einer Scheibe erhält.
Bearbeitung
Form und Schnitt der Rubine werden mit verschiedenen Maschinen erzielt – von denen auf dem Foto unten, die schon einige Jahrzehnte alt sind, über CNC-Maschinen bis hin zu leistungsstarken Lasermaschinen.
Polieren
In den Behältern auf den folgenden Fotos werden die ebenen Flächen der Rubine poliert, um die gewünschte Geometrie zu erreichen; dieser Prozess hält Toleranzen von bis zu ± 5 μm ein. Am Ende lassen sich spiegelpolierte Oberflächen erreichen.
Nachdem jeder Rubin von Hand auf Filamente gesetzt wurde, wird heißes Zinn über die Filamente gegossen. Dieser Vorgang stellt sicher, dass die Rubine ihre Position behalten, und erleichtert so die anschließende Polierphase.
Messung und Kontrolle
In einer eigenen Abteilung werden die Rubine mit Hilfe von Spezialwerkzeugen wie Mikrometern vermessen. Diese Messung erfolgt stichprobenartig zur Qualitätskontrolle.
Wir danken der CIMD für die Freundlichkeit und Hilfsbereitschaft, mit der das IPR empfangen wurde, sowie für den hervorragenden Beitrag zum Wissen über diesen kostbaren Aspekt der Uhrmacherei!
RUBINE IN DER UHRMACHEREI
- ZWEI HISTORISCHE PERSÖNLICHKEITEN -
Nicolas Fatio de Duillier
Erfinder des ersten Verfahrens zur Herstellung von Steinen
für Uhren
Nicolas Fatio de Duillier, geboren am 16. Februar 1664 und gestorben am 10. Mai 1753, war Mathematiker, Naturphilosoph, Astronom, Erfinder und religiöser Aktivist. In Basel in der Schweiz geboren, wuchs Fatio hauptsächlich in der Republik Genf auf, deren Bürger er war, bevor er einen großen Teil seines Erwachsenenlebens in England und Holland verbrachte. Bekannt ist er für seine Zusammenarbeit mit Giovanni Domenico Cassini bei der richtigen Erklärung des astronomischen Phänomens des Zodiakallichts, für die Erfindung der „Stoß“- oder „Schatten“-Theorie der Gravitation, für seine enge Verbindung zu Christiaan Huygens und Isaac Newton sowie für seine Rolle im Prioritätsstreit zwischen Leibniz und Newton um die Infinitesimalrechnung.
Es war Nicolas Fatio de Duillier, der das erste Verfahren zur Herstellung von Steinen für mechanische Uhren entwickelte.
Mit 24 Jahren zum Mitglied der Royal Society in London gewählt, erreichte Fatio nie die Stellung und das Ansehen, die seine frühen Leistungen und Verbindungen versprachen.
In den 1690er-Jahren entdeckte er ein Verfahren, mit einem Diamantbohrer ein kleines, sauber gerundetes Loch in einen Rubin zu bohren.
Fatio versuchte erfolglos, die Pariser Uhrmacher für seine Erfindung zu gewinnen. Zurück in London tat er sich mit den hugenottischen Brüdern Peter und Jacob Debaufre zusammen, die in der Church Street in Soho ein erfolgreiches Uhrengeschäft führten. 1704 erhielten Fatio und die Debaufres ein Patent auf vierzehn Jahre für die ausschließliche Nutzung von Fatios Rubin-Erfindung in England.
Im März 1705 zeigte Fatio der Royal Society Muster von so mit Steinen versehenen Uhren. Isaac Newtons Korrespondenz belegt, dass Fatio 1717 zustimmte, für Richard Bentley gegen eine Zahlung von 15 Pfund eine Uhr anzufertigen, und dass er 1724 Newton um die Erlaubnis bat, dessen Namen in der Werbung für seine Uhren mit Steinen zu verwenden. Fatios Verfahren zum Bohren von Rubinen blieb eine Spezialität der englischen Uhrmacherei, bis es 1768 von Ferdinand Berthoud auf dem Kontinent übernommen wurde.
Auguste Victor Louis Verneuil
Schöpfer des Verfahrens zur Herstellung künstlicher Korunde
Auguste Victor Louis Verneuil war ein französischer Chemiker, der durch die Erfindung des ersten wirtschaftlich tragfähigen Verfahrens zur Herstellung synthetischer Edelsteine bekannt wurde.
1902 entdeckte er das Verfahren der „Flammenschmelze“, später „Verneuil-Verfahren“ genannt, eine kostengünstige Methode zur Herstellung künstlichen Korunds, also von Rubinen und Saphiren.
Verneuil wurde 1856 in Dünkirchen, Frankreich, als Sohn eines Uhrmacher-Mechanikers geboren und schlug eine vielversprechende akademische Laufbahn ein: Mit 17 Jahren wurde er Laborassistent des Chemikers Edmond Frémy. Er schloss 1875 sein Grundstudium ab, erwarb 1880 den Master und promovierte 1886. Ab 1892 war er 13 Jahre lang Professor für angewandte Chemie in der Abteilung für organische Chemie des Naturkundemuseums in Paris.
Verneuil widmete sich verschiedenen Bereichen der Chemie, von der Rubinsynthese über die Untersuchung der Phosphoreszenz der Zinkblende bis zur Chemie der Seltenen Erden. Seine Arbeiten zur Synthese von Rubinen durch Flammenschmelze begann er bereits 1886 und erzielte innerhalb von sechs Jahren bedeutende Ergebnisse. Obwohl er seine versiegelten Notizen 1891 und 1892 bei der Pariser Akademie der Wissenschaften hinterlegte, gab er seine Entdeckung erst 1902 bekannt. Das Verneuil-Verfahren wird noch heute als kostengünstige Methode zur Herstellung künstlichen Korunds eingesetzt und ist ein bleibendes Vermächtnis in der Herstellung synthetischer Edelsteine.
- PHYSIKALISCHE UND CHEMISCHE EIGENSCHAFTEN VON RUBINEN -
Die in der Uhrmacherei verwendeten Rubine sind synthetisch und möglicherweise das kostengünstigste Teil der ganzen Uhr. Dennoch besitzen sie eine Reihe von Eigenschaften, die sie über die Uhrmacherei hinaus für zahlreiche industrielle und wissenschaftliche Anwendungen unverzichtbar machen. Hier einige davon:
Härte
Synthetische Rubine sind außergewöhnlich hart, mit einem Wert von 9 auf der Mohs-Skala der Mineralhärte. Diese Härte wird nur von der des Diamanten übertroffen, was synthetische Rubine sehr kratz- und abriebfest macht.
Chemische Zusammensetzung
Rubine bestehen in der Regel aus Aluminiumoxid (Al₂O₃), auch Korund genannt. Spurenelemente wie Chrom, Titan und Eisen können synthetischen Rubinen unterschiedliche Farben verleihen, von Rot über Rosa bis Violett.
Transparenz
Synthetische Rubine sind in der Regel transparent oder durchscheinend, je nach ihrer Qualität und je nachdem, wie sie geschliffen und poliert sind. Hochwertige Steine können eine ausgezeichnete Klarheit und Transparenz aufweisen und das Licht mit minimaler Verzerrung durchlassen.
Optische Eigenschaften
Rubin hat günstige optische Eigenschaften, darunter einen hohen Brechungsindex und Doppelbrechung (eine optische Eigenschaft eines Materials, das für verschiedene Ausbreitungsrichtungen des Lichts unterschiedliche Brechungsindizes aufweist). Diese Eigenschaften tragen zu seinem Glanz und Funkeln bei, wenn er richtig geschliffen und facettiert ist.
Thermische Stabilität
Synthetische Rubine besitzen eine gute thermische Stabilität und halten hohen Temperaturen stand, ohne dass sich ihre physikalischen oder optischen Eigenschaften wesentlich verändern. Diese Eigenschaft macht sie für Hochtemperaturanwendungen wie die Lasertechnik geeignet.
Elektrische Isolierung
Sie sind Isolatoren, das heißt, sie leiten keinen elektrischen Strom.
Diese Eigenschaft macht sie nützlich für Anwendungen, die eine elektrische Isolierung erfordern, etwa in bestimmten elektronischen und mechanischen Geräten. Insgesamt macht die Kombination aus Härte, Farbe, Transparenz, optischen Eigenschaften und thermischer Stabilität dieses Material wertvoll für eine breite Palette industrieller, wissenschaftlicher und dekorativer Anwendungen.
- ARTEN VON RUBINEN IN UHREN -
In der Uhrmacherei gibt es drei Arten von Rubinen:
Lochsteine
Decksteine
Ankerpaletten
Hebelstein (Ellipse)
- DAS PROBLEM UND DIE LÖSUNG -
Das Problem: Reibung
Man kann Feuer machen, indem man 2 Holzstücke aneinander reibt. Das geschieht aufgrund der Reibung. Wenn sich Flächen, die einander berühren, relativ zueinander bewegen, wandelt die Reibung zwischen ihnen kinetische Energie in Wärmeenergie um, das heißt, sie verwandelt Bewegung in Wärme.
Reibung ist die tangentiale Widerstandskraft, die zwischen sich berührenden Flächen wirkt, wenn eine Relativbewegung zwischen ihnen stattfindet oder versucht wird.
Diese Kraft entsteht durch die elektromagnetischen Wechselwirkungen zwischen den Atomen und Molekülen der unregelmäßigen Kontaktflächen. Reibung lässt sich in trockene, flüssige und geschmierte Reibung einteilen. Die trockene Reibung wiederum unterteilt man in Haftreibung, die den Beginn der Bewegung verhindert, und Gleitreibung, die während der Bewegung auftritt. Darüber hinaus spielt die Reibung eine entscheidende Rolle bei der Umwandlung mechanischer Energie in Wärme, wie im vorigen Beispiel erwähnt, und beeinflusst unmittelbar den Verschleiß von Werkstoffen und den Wirkungsgrad mechanischer Vorrichtungen.
Reibung ist nicht nur eine Kraft, die Bewegung behindert; sie ist auch für viele Vorgänge und Funktionen unerlässlich.
Ohne Reibung könnten wir zum Beispiel weder gehen noch Gegenstände festhalten.
Allerdings trägt die Reibung auch zum Verschleiß der Werkstoffe bei und kann in Uhrwerken durch die Umwandlung mechanischer Energie in Wärme zu Energieverlusten sowie zum Verschleiß der Teile führen. So kommt es bei vielen Wanduhren, die normalerweise keine Rubine haben, und bei manchen Armbanduhren vor, dass die Löcher in den Brücken und in der Platine durch die Wirkung der Zapfen oval ausgeschlagen werden.
Um die Reibung zu verringern, werden Schmiermittel in der richtigen Menge auf die Kontaktflächen aufgetragen.
Die Lösung: synthetischer Rubin und Schmierung
Rubine werden wegen ihrer außergewöhnlichen physikalischen und chemischen Eigenschaften in Uhren in großem Umfang verwendet. Hier die wichtigsten Vorteile dieses synthetischen Werkstoffs:
Geringe Reibung: Rubine sind extrem hart und werden auf der Mohs-Härteskala nur vom Diamanten übertroffen. Diese Härte ermöglicht in Verbindung mit einer guten Schmierung, dass die Teile der Uhr mit sehr wenig Reibung aufeinander gleiten. Weniger Reibung bedeutet weniger Verschleiß und eine längere Lebensdauer der Uhr.
Verschleißfestigkeit: Dank ihrer Härte widerstehen Rubine dem Verschleiß selbst nach jahrelangem Dauereinsatz. Das ist besonders wichtig für die Zapfen und die Bereiche, mit denen sie in Kontakt kommen, wo die ständige Bewegung der Teile schnell zu Verschleiß führen kann.
Chemische Beständigkeit: Rubine sind chemisch inert, das heißt, sie reagieren nicht mit Stoffen, die in das Uhrwerk gelangen können, etwa Wasser, Schweiß oder Staub.
Temperaturbeständigkeit: Rubine sind sehr widerstandsfähig gegenüber Temperaturschwankungen und behalten ihre Leistungsfähigkeit selbst unter extremen Bedingungen. Das ist für die Ganggenauigkeit der Uhr entscheidend, da Temperaturschwankungen eine Ausdehnung oder Zusammenziehung der Uhrenteile verursachen können.
Höhere Ganggenauigkeit: Indem sie Reibung und Verschleiß an den kritischen Stellen des Uhrwerks verringern, tragen Rubine wesentlich zur langfristigen Ganggenauigkeit der Uhr bei. Weniger Reibung bedeutet auch weniger Schwankungen in der für das Uhrwerk benötigten Energie und damit eine gleichmäßigere Energieverteilung.
Ästhetischer und traditioneller Wert: Neben ihren funktionalen Vorteilen bringen Rubine ein ästhetisches Element in ein Uhrwerk. Traditionell gilt die Anzahl der in einem Uhrwerk verbauten Steine als Indikator für dessen Komplexität und Qualität.
Herstellungsverfahren synthetischer Rubine
Synthetische Rubine werden mit verschiedenen Verfahren hergestellt, von denen jedes die Bildung von Kristallen mit bestimmten Eigenschaften wie Farbton, Transparenz und Reinheitsgrad bewirkt. Zu den wichtigsten Verfahren der Rubinsynthese gehören:
1. Verneuil-Verfahren (Flammenschmelze)
Vereinfachtes Schema des Verfahrens Skizze eines alten Ofens
Vereinfachtes Schema des Verneuil-Verfahrens und Skizze eines alten Ofens, mit dem Verneuil Rubine nach dem Verneuil-Verfahren synthetisierte.
Das, wie erwähnt, Ende des 19. Jahrhunderts von Auguste Verneuil entwickelte Verfahren ist einer der ältesten und verbreitetsten Ansätze zur Herstellung synthetischer Rubine. Dabei wird Aluminiumoxidpulver (Al₂O₃) durch eine Flamme mit Temperaturen von etwa 2000 °C geleitet, wodurch das Pulver schmilzt. Dieses lagert sich wiederum auf einer Unterlage ab und erstarrt nach und nach zu einer kristallinen Struktur. Durch die fortlaufende Anlagerung von Material entsteht ein kristalliner Zylinder, die sogenannte „Boule“, die anschließend zu Steinen zerteilt wird. Dem Prozess können Farbstoffe zugesetzt werden, um den Farbton der synthetisierten Rubine zu steuern.
2. Czochralski-Verfahren
Dieses Verfahren ist für die Herstellung hochwertiger synthetischer Kristalle, darunter Rubine, bekannt. Es beginnt mit dem Eintauchen eines kleinen Impfkristalls über einem Tiegel, der flüssiges Aluminiumoxid enthält. Der Impfkristall wird vorsichtig angehoben und gleichzeitig gedreht, sodass der Kristall aus der Schmelze wachsen kann. Diese Technik wird besonders geschätzt, weil sie die Kontrolle über Größe und Ausrichtung des entstehenden Kristalls ermöglicht, was Steine von außergewöhnlicher Reinheit ergibt.
3. Hydrothermalverfahren
Dieses Verfahren ahmt die natürliche Entstehung von Edelsteinen nach, indem Nährstoffe (namentlich Aluminiumoxid und farbgebende Elemente) in einer wässrigen Lösung gelöst werden, die in einem Autoklaven hohen Temperaturen und Drücken ausgesetzt ist. Beim Abkühlen der Lösung beginnt das gelöste Material zu kristallisieren, lagert sich an eine Unterlage oder einen Impfkristall an und wächst allmählich. Bemerkenswert ist dieses Verfahren, weil es die natürlichen Entstehungsbedingungen von Edelsteinen nachbilden kann und so synthetische Rubine mit chemischen und physikalischen Eigenschaften ermöglicht, die denen ihrer natürlichen Gegenstücke sehr nahe kommen.
Wie stellt man synthetische Rubine zu Hause her?
Es ist sicher nicht das gängigste Hobby, aber mehrere Enthusiasten haben Videos darüber gedreht, wie man zu Hause synthetische Rubine herstellt; hier einige davon:
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